Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и исследование электроплазменной установки для экологически чистой и безотходной переработки органических отходов и получения топливного газа для сжигания в электрогенерирующих агрегатах

Номер контракта: 14.607.21.0118

Руководитель: Мессерле Владимир Ефремович

Должность руководителя: ведущий научный сотрудник

Докладчик: Селезнёва Галина Николаевна, инженер

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
энергоэффективность, экологичность, электроплазменная технология, дуговая плазма, электродуговой плазмотрон, топливный газ, синтез-газ, энергетический потенциал отходов, сырьевой потенциал отходов, органические отходы

Цель проекта:
1. Проблемы, на решение которых направлен проект Потребности рынка в технологиях переработки отходов обусловлены большим количеством накопившихся отходов разных классов опасности, ежегодным ростом производства таких отходов и отсутствием безопасных и эффективных технологий уничтожения отходов. 2. Цели 1 Разработка энергоэффективной и экологически безопасной технологии высокотемпературной плазменной переработки органических отходов и получения синтез-газа. 2 Разработка энергоэффективной и экологически безопасной электроплазменной установки производительностью 10-20 кг/ч для реализации технологии с низкими эксплуатационными затратами, высокой степенью переработки органического сырья.

Основные планируемые результаты проекта:
Планируемые результаты:
1 Экспериментальный образец лабораторной электроплазменной установки (ЛЭПУ) производительностью 10-20 кг/ч, предназначенный для отработки технологии высокотемпературной плазменной утилизации органических отходов и получения высококалорийного синтез - газа (теплота сгорания выше в 1,5 раза, чем у известных аналогов), пригодного для использования в электрогенерирующих устройствах для бытовых потребителей.
2 Экспериментальный образец лабораторной плазменной электропечи, предназначенной для проведения комплексных исследований по получению топливного газа в составе ЛЭПУ.
3 Экспериментальный образец электродугового плазмотрона мощностью 50 кВт и ресурсом электродов до 500 часов, предназначенный для ввода теплоносителя в реакционную зону плазменной электропечи.





















Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Конечный продукт - экспериментальный образец лабораторной электроплазменной установки производительностью 10-20 кг/ч состоит из следующих элементов:
- плазменная электропечь с системой подачи отходов,
- электродуговой плазмотрон с системами электро-, газо- и водообеспечения,
- система очистки отходящих газов, включающая дожигатель, центробежно-барботажный аппарат (ЦБА), фильтры тонкой очистки, электрофильтры, газоанализатор.
- система удаления шлака.

2. Обоснование Новизны
Продукт основан на запатентованных разработках Исполнителя таких, как электродуговые плазмотроны, работающие как в струйном режиме, так и в плавильном режиме (Патент №2464748 от 20.12.2010г. «Плазмотрон струйно-плавильный», патент № 111734 от 24.06.2011г. «Плавильный плазмотрон»), конструкция плазменной электропечи для уничтожения отходов (патент РФ № 102979 от 28.10.2010г «Плазменный инцинератор»).

3. Преимущества перед аналогами:
• срок непрерывной работы минимум в 3-5 раз выше,
• мощность плазмотронов в 2-3 раза выше;
• производит высококалорийный синтез газ (теплота сгорания выше в 1.5 раза), пригодный для электрогенерирующих устройств;
• эксплуатационные расходы ниже, т.к. электроды больше не являются расходным материалом;
• удельные энергозатраты и стоимость переработки отходов ниже в 2 раза;
• существенно ниже капитальные затраты, т.к. значительно уменьшается объем очистных сооружений за счет снижения объёма газа, подвергаемого очистке;
• отсутствие требований к виду отходов.
Технология позволяет получать вторичную товарную продукцию: синтез-газ и твёрдый остаток. Получаемый товарный синтез-газ пригоден для последующего его сжигания в энергетических котлах с получением тепловой или электроэнергии для собственных нужд (отопление, горячее водоснабжение и т.д.) или реализации на сторону.

4. Пути и способы достижения заявленных результатов:
• Обоснование выбора и направления исследований безотходной энергоэффективной технологии и установки электроплазменной утилизации органических отходов с получением синтез-газа на основе результатов анализа современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР, патентных и маркетинговых исследований.
• Разработка математической модели энергетического баланса электроплазменной печи с учетом дополнительного ввода энергии с высоким КПД.
• Разработка математической модели газификации органических отходов различного вида применительно к производительности электропечи.
• Разработка технической документации на модернизацию экспериментального стенда для исследования генераторов термической плазмы в составе.
• Разработка РКД на изготовление экспериментального образца лабораторной плазменной электропечи.
• Разработка РКД на изготовление экспериментального образца электродугового плазмотрона мощностью до 50 кВт в составе:
• Разработка РКД на изготовление экспериментального образца лабораторной электроплазменной установки производительностью 10-20 кг/ч. в составе:
• Проведение математического моделирования энергетического баланса электроплазменной печи с учетом дополнительного ввода энергии с высоким КПД
Проведение математического моделирования газификации органических отходов различного вида применительно к производительности электропечи.
• Модернизация экспериментального стенда для исследования генераторов термической плазмы.
• Изготовление экспериментальных образов лабораторной плазменной электропечи; электродугового плазмотрона мощностью 50 кВт и ресурсом электродов до 500 часов; лабораторной электроплазменной установки производительностью 10-20 кг/ч.
• Разработка программ и методик, протоколов экспериментальных исследований.
• Проведение экспериментальных исследований экспериментального образца лабораторной плазменной электропечи, экспериментального образца электродугового плазмотрона мощностью 50 кВт и ресурсом электродов до 500 часов; экспериментального образца лабораторной электроплазменной установки производительностью 10-20 кг/ч.
• Разработка технического предложения на систему очистки и анализа состава синтеза-газа.
• Анализ результатов проведенных исследовательских испытаний.
• Разработка технических требований и предложений по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера.
• Проведение количественной оценки экологической эффективности и безопасности внедрения разработанной электроплазменной установки для газификации органических отходов.
• Разработка технического предложения на электроплазменную установку производительностью 500 кг/ч.
• Разработка технического предложения на использование полученного синтез-газа.
• Разработка бизнес-плана коммерциализации результатов ПНИЭР.
• Разработка технического задания на проведение опытно-конструкторских работ по теме: «Разработка электроплазменной установки по газификации органических отходов производительностью до 500 кг/ч».


Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Области применения ожидаемых научных результатов:
1. научно-исследовательская деятельность: выполнение опытно-конструкторских и опытно-технологических работ совместно с предприятиями реального сектора экономики с целью промышленного внедрения результатов;
2. научно-образовательная деятельность: подготовка и переподготовка специалистов в данной области: совместные исследования с научно-образовательными организациями;
3. популяризация науки: публикация результатов в высокорейтинговых российских и зарубежных изданиях; представление результатов на конференциях и семинарах, публикация результатов в СМИ, на Интернет-ресурсах.

Области применения потенциального результата – промышленной электроплазменной установки для переработки органических отходов
Потребители:
предприятия производители органических отходов;
предприятия по переработке органических отходов.

Благодаря внедрению инновации появятся новые возможности достижения изменений:
- в отрасли – замена плазмотронов на новые с высоким ресурсом работы, т.к. существенно снижаются эксплуатационные расходы и удельные энергозатраты (в 2 раза).
- в используемых технологиях – плазменные технологии станут рентабельны для утилизации отходов;
- в себестоимости процессов - снижается себестоимость переработки отходов (в 4 раза).
Будет оказано положительное влияние на продуктовые цепочки отрасли. Продуктовая цепочка, которая обрывается на отходах, которые складируют на свалки, при использовании нового решения будет продолжена, т.к. производят синтез-газ и строительный шлак. При этом окружающая среда и население не страдают.

Эффект от внедрения разработки
В перспективе при внедрении разработанной технологии и установки будет достигнут социально-экономический эффект:
- повышение качества жизни и здоровья населения за счет решения проблем обращения с отходами;•
- повышение культуры производства на предприятиях- производителях органических отходов;
- снижение энергозатрат за счет знергоэффектиности предлагаемого оборудования, а также использования синтез-газа, в частности для выработки тепловой энергии для собственных нужд (отопление, горячее водоснабжение и т.д.);
- получение дополнительного дохода от реализации тепловой энергии, полученной из синтез-газа;
- создание дополнительных рабочих мест и повышение уровня занятости населения.
- существенное увеличение поступлений в бюджеты различных уровней;
и экологический эффект:
- существенное улучшение экологической обстановки за счет уменьшения количества и снижения степени опасности органических отходов, подлежащих захоронению;
- уменьшение загрязнения воздуха, поверхностных и грунтовых вод,
- увеличение сроков эксплуатации полигонов за счет уменьшения количества и объёма отходов.

Текущие результаты проекта:
Проект находится на стадии подписания Соглашения.

Планируемые на конец 2015 года результаты:

Обоснование выбора и направления исследований безотходной энергоэффективной технологии и установки электроплазменной утилизации органических отходов с получением синтез-газа на основе результатов:
1. Анализа современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР.
2. Патентных исследований.
3. Маркетинговых исследований.
Описание вариантов возможных решений задачи, обоснование оптимального варианта решения задачи.